JP2954125B2 - 軸封装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、各種の流体機械や
空気機械等に使用される軸封装置に関するものであり、
特に、シールケーシングを洞貫する回転軸に固定された
回転密封環、シールケーシングに回転密封環に対向した
状態で軸線方向移動可能に保持された静止密封環、静止
密封環とシールケーシングとの間を二次シールする二次
シール機構及び静止密封環を回転密封環へと押圧附勢す
るスプリング部材を具備する２組のメカニカルシールで
あって、回転軸の軸線方向に並列配置された第１及び第
２メカニカルシールにより、両メカニカルシール間に形
成されたシールケーシング内のシール流体領域を介し
て、被密封流体領域と大気領域とをシールするように構
成された軸封装置に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のこの種の軸封装置としては、図１
２に示す如く、シールケーシング１０４内にこれを洞貫
する回転軸１０２の軸線方向に２組のメカニカルシール
１０１ ₁ ，１０１₂ を対向状に並列配置してなる所謂ダ
ブルシールが周知である。

【０００３】すなわち、この軸封装置（以下「従来装
置」という）は、被密封流体領域Ｆ側の第１メカニカル
シール１０１₁ と大気領域Ａ側の第２メカニカルシール
１０１ ₂ とにより、両メカニカルシール１０１₁ ，１０
１₂ 間に形成されたシール流体領域Ｓを介して、被密封
流体領域Ｆと大気領域Ａとをシールするように構成され
ている。なお、シール流体領域Ｓには、被密封流体領域
Ｆの流体（以下「被密封流体」という）の圧力に応じて
設定される適宜圧力のシール流体が注入される。

【０００４】而して、従来装置にあっては、各メカニカ
ルシール１０１₁ ，１０１₂ が、図１２に示す如く、回
転軸１０２に固定された共通の回転密封環１０３と、シ
ールケーシング１０４に軸線方向移動可能に保持された
静止密封環１０５₁ ，１０５ ₂ と、静止密封環１０
５₁ ，１０５₂ を回転密封環１０３へと押圧附勢するス
プリング部材１０９₁ ，１０９₂ と、静止密封環１０５
₁ ，１０５₂ とシールケーシング１０４との間を二次シ
ールする二次シール機構１１０₁ ，１１０₂ とを具備し
て、回転密封環１０３と静止密封環１０５₁ ，１０５₂
との対向端面である密封端面の相対回転作用により、シ
ール流体領域Ｓと被密封流体領域Ｆ又は大気領域Ａとの
間をシールするように構成されている。

【０００５】ところで、従来装置にあっては、各二次シ
ール機構１１０₁ ，１１０₂ が、図１２に示す如く、ゴ
ム材等のエラストマ材からなるＯリング１１０を使用し
て、Ｏリング１１０の弾性（エントロピ弾性）により静
止密封環１０５₁ ，１０５₂の回転密封環１０３への追
従性（軸線方向移動，径方向変位）を確保しつつシール
ケーシング１０４との間を二次シールするように構成さ
れている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかし、このようなＯ
リング１１０を使用した二次シール機構１１０₁ ，１１
０₂ は、構造簡単にして簡易に二次シールを行いうると
いった利点を有するものである反面、Ｏリング１１０の
材質上、適用できるシール条件が限定されるといった問
題があった。

【０００７】すなわち、Ｏリング１１０の構成材である
ゴム材等のエラストマ材は、耐熱性，耐低温性，耐腐食
性に劣るものである。したがって、特に、第１メカニカ
ルシール１０１₁ の二次シール機構１１０₁ にあって
は、Ｏリング１１０に被密封流体が接触することから、
被密封流体が高温流体や極低温流体である場合には、二
次シール機能が安定しない。また、被密封流体が、エラ
ストマ材を腐食させるような腐食性流体である場合に
は、当然に使用することができない。さらに、静止密封
環１０５₁ ，１０５₂ の追従性をＯリング１１０の弾性
によって確保しているため、Ｏリング１１０に静止密封
環１０５₁ ，１０５₂ の変位に対する追従変形を妨げる
ような流体圧力が作用する高圧条件下や圧力変動条件下
では、静止密封環１０５₁ ，１０５₂ の追従性が確保で
きず、適正なシールを行ない得ない。

【０００８】このように、従来装置では、シール条件に
よっては安定した二次シール機能が発揮されず、適用で
きるシール条件が大幅に制限されていたのが実情であ
る。

【０００９】本発明は、かかる点に鑑みてなされたもの
で、シール条件に拘わらず安定した良好なシール機能を
発揮しうる軸封装置を提供することを目的とするもので
ある。

【００１０】

【課題を解決するための手段】すなわち、本発明は、シ
ールケーシングを洞貫する回転軸に固定された回転密封
環、シールケーシングに回転密封環に対向した状態で軸
線方向移動可能に保持された静止密封環、静止密封環と
シールケーシングとの間を二次シールする二次シール機
構及び静止密封環を回転密封環へと押圧附勢するスプリ
ング部材を具備する２組のメカニカルシールであって、
回転軸の軸線方向に並列配置された第１及び第２メカニ
カルシールにより、両メカニカルシール間に形成された
シールケーシング内のシール流体領域を介して、被密封
流体領域と大気領域とをシールするように構成された軸
封装置において、上記の目的を達成すべく、特に、少な
くとも被密封流体領域側の第１メカニカルシールにおけ
る二次シール機構を次のように構成しておくことを提案
するものである。

【００１１】すなわち、当該二次シール機構を、静止密
封環の背面部に突設された円筒状部の外周面であって、
静止密封環と同心状の円柱面をなす第１被シール面と、
シールケーシングに形成されており、第１被シール面に
直交する同心状の環状平面をなす第２被シール面と、前
記円筒状部に嵌挿されており、内周面を第１被シール面
にその全周に亘って接触しうる第１シール面に形成する
と共に一側端面を第２被シール面に接触しうる平面状の
第２シール面に形成した円環状体であって、その周方向
における少なくとも一箇所を切離してなるシールリング
と、シールリングをその第１及び第２シール面を除く全
周面部分に接触した状態で外嵌状に抱持する円環状体で
あって、その周方向における少なくとも一箇所であって
シールリングの切離箇所と周方向において齟齬する箇所
を切離してなる保持リングと、保持リングをリング状に
緊縛しており、保持リング及びこれに内嵌されたシール
リングをそれらの切離箇所が衝合する状態に附勢保持す
る緊縛部材と、を具備して、前記スプリング部材を静止
密封環の背面部と保持リングとの間に配置することによ
り、静止密封環を回転密封環へと押圧附勢させると共に
保持リングを介して第２シール面を第２被シール面へと
押圧附勢させるように構成しておくことを提案し、且つ
シールリング及び保持リングにおける各対向切離端面
を、互いに密に係合する微細な凹凸面に形成しておくこ
とを提案する。

【００１２】かかる二次シール機構にあっては、シール
リングが、軸線方向に密着状に並列する複数のシールリ
ング部分に分割されており、各シールリング部分が、そ
の周方向における少なくとも一箇所であって当該シール
リング部分に隣接するシールリング部分及び保持リング
の各切離箇所と周方向において齟齬する箇所を切離して
なる円環状体であることが好ましい。このようにシール
リングを複数のシールリング部分に分割しておく場合に
あっても、各シールリング部分及び保持リングにおける
各対向切離端面は、互いに密に係合する凹凸面に形成さ
れる。

【００１３】また、大気領域側の第２メカニカルシール
の二次シール機構についても、シール条件によっては、
第１メカニカルシールの二次シール機構と同様に、上記
した如く構成しておくことが好ましい。

【００１４】かかる構成の二次シール機構によれば、シ
ールリング又は各シールリング部分及び保持リングが、
少なくとも一箇所を切離されたフレキシブルなものであ
り、緊縛部材により切離箇所が閉じる方向に附勢保持さ
れると共にスプリング部材により第２被シール面へと押
圧附勢されているから、両被シール面が径方向，軸線方
向等に相対運動する場合（静止密封環が回転密封環に追
従変位する場合）にも、シールリングの第１及び第２シ
ール面がこれに追従しつつ第１及び第２被シール面に適
正に接触して、両被シール面間を適正にシールさせるこ
とができる。そして、構造上、各構成部材の材質とし
て、シール条件に応じたものを任意に選定できるから、
Ｏリングのように材質上からシール条件が制限されるよ
うなことがない。例えば、Ｏリングを使用できない高温
条件，極低温条件下や被密封流体が腐食性流体である条
件下においても、シールリング等の各構成部材をかかる
条件に応じた材質のものに構成しておくことにより、良
好なシール機能を発揮させることができる。

【００１５】また、シールリングが軸線方向に密着状に
並列する複数のシールリング部分に分割されている場合
には、各シールリング部分の切離箇所と当該シールリン
グ部分に隣接するシールリング部分及び保持リングの切
離箇所とが周方向に齟齬されていることとも相俟って、
シールすべき流体（シール流体又は被密封流体）の漏れ
経路が極めて長大化すると共に複雑化（一種のラビリン
ス構造化）することから、高圧条件等の極めて苛酷なシ
ール条件下でも、二次シール機能を良好に発揮させるこ
とができる。

【００１６】このような二次シール機能は、シールリン
グ又はシールリング部分及び保持リングの各対向切離端
面を互いに密に係合する微細な凹凸面に形成して、上記
漏れ経路をより長大化，複雑化させるようにしておくこ
とによって、より良好に発揮されることになる。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施の形態を図１
〜図１１に基づいて具体的に説明する。なお、以下の説
明において前後とは、便宜上、図１、図３、図４又は図
１１における左右を意味するものとする。

【００１８】図１に示す軸封装置は、同一構成をなす２
組の非接触形メカニカルシール（ガスシール）１₁ ，１
₂ を回転軸２の軸線方向に逆向きに並列配置してなる所
謂ダブルシールに構成されたもので、被密封流体として
ガスを扱う機器に使用されるものである。

【００１９】シールケーシング４は、図１に示す如く、
円形の内周部４０に前後方向に所定間隔を隔てて対峙す
る同一形状の第１及び第２環状壁４１₁ ，４１₂ を設け
たもので、回転軸２が前後方向に同心状に洞貫してい
る。而して、シールケーシング４内においては、回転軸
２と各環状壁４１₁ ，４１₂ との間に介装した第１及び
第２非接触形メカニカルシール１₁ ，１₂ により、両メ
カニカルシール１₁ ，１ ₂ 間に形成されたシール流体領
域Ｓを介して、機内ガス領域である被密封流体領域Ｆと
機外領域である大気領域Ａとをシールするようになって
いる。なお、シール流体領域Ｓには、適宜のシール流体
が注入されるが、その圧力は被密封流体領域Ｆの圧力に
応じて適宜に設定される。特に、被密封流体領域Ｆにお
ける圧力変動が大きい場合には、その変動に応じてシー
ル流体領域Ｓの圧力が制御されることがある。なお、シ
ール流体としては、一般に、被密封流体に対して不活性
であり且つ無毒なガス等が使用される。この例では、シ
ール流体として窒素ガスを使用している。

【００２０】被密封流体領域Ｆ側の第１非接触形メカニ
カルシール１₁ は、図１に示す如く、回転軸２にスリー
ブ２１，２２を介して固定された回転密封環３と、回転
密封環３の後端面３１₁ に対向して第１環状壁４１₁ に
軸線方向移動可能に保持された第１静止密封環５₁ と、
第１静止密封環５₁ を回転密封環３へと押圧附勢する第
１スプリング部材９₁ と、第１静止密封環５₁ と第１環
状壁４１₁ との間を二次シールする第１二次シール機構
１０₁ とを具備して、両密封環３，５₁ の対向端面たる
密封端面３１₁ ，５１₁ の相対回転部分においてシール
流体領域Ｓと被密封流体領域Ｆとの間をシールするよう
に構成されている。大気領域Ａ側の第２非接触形メカニ
カルシール１₂ は、図１に示す如く、第１非接触形メカ
ニカルシール１₁ と共用する回転密封環３と、回転密封
環３の前端面３１₂ に対向して第２環状壁４１₂ に軸線
方向移動可能に保持された第２静止密封環５₂ と、第２
静止密封環５₂ を回転密封環３へと押圧附勢する第２ス
プリング部材９₂ と、第２静止密封環５₂ と第２環状壁
４１₂ との間を二次シールする第２二次シール機構１０
₂ とを具備して、両密封環３，５₂ の対向端面たる密封
端面３１₂ ，５１₂の相対回転部分においてシール流体
領域Ｓと大気領域Ａとの間をシールするように構成され
ている。

【００２１】回転密封環３はＷＣ，ＳｉＣ等の超硬質材
で構成されたもので、前後端面である各密封端面３
１₁ ，３１₂ には適宜形状（例えば、Ｌ字形状，スパイ
ラル形状等）をなす動圧発生溝３２₁ ，３２₂ が形成さ
れていて、両密封端面３１₁ ，５１₁ 又は３１₂ ，５１
₂ を、その間にシール流体による動圧を発生せしめて、
非接触状態に保持するようになっている。

【００２２】各静止密封環５₁ ，５₂ は、回転密封環４
の構成材より軟質のカーボン等で構成されたもので、図
１に示す如く、背面部５２₁ ，５２₂ に突設された同心
状の円筒状部５３₁ ，５３₂ を環状壁４１₁ ，４１₂ の
内周部４２₁ ，４２₂ に嵌挿させることにより、シール
ケーシング４に軸線方向移動可能に保持されている。な
お、図示していないが、各静止密封環５₁ ，５₂ とシー
ルケーシング４との間には、当該静止密封環５₁ ，５₂
をその軸線方向移動を一定範囲で許容しつつ回転不能に
係止する手段（ドライブピン等）が介装されている。

【００２３】第１二次シール機構１０₁ は、図１及び図
２に示す如く、円筒状部５３₁ の外周面に形成された第
１被シール面１１と、シールケーシング４に形成された
第２被シール面１２と、円筒状部５３₁ に嵌挿されたシ
ールリング６及び保持リング７と、緊縛部材８と、静止
密封環５₁ の押圧附勢手段として兼用される前記第１ス
プリング部材９₁ とを具備してなる。

【００２４】第１被シール面１１は、第１静止密封環５
₁ の円筒状部５３₁ の外周面に形成されており、第１静
止密封環５₁ と同心状の円柱面をなしている。

【００２５】第２被シール面１２は、第１環状壁４１₁
の前端面に形成されており、第１被シール面１１の軸線
に直交して同心状の環状平面をなしている。

【００２６】シールリング６は、図１及び図２に示す如
く、周方向における一箇所６０を切離した断面矩形状の
円環状体であり、内周面を第１被シール面１１に接触し
うる第１シール面６１となすと共に後端面を第２被シー
ル面１２に接触しうる第２シール面６２となしている。
なお、シールリング６は、切離箇所６０を閉じた場合
（切離端面同士を衝合させた場合）において、第１シー
ル面６１が第１被シール面１１にその全周に亘って密接
しうる形状に成形されている。

【００２７】保持リング７は、図１及び図２に示す如
く、シールリング６の第１及び第２シール面６１，６２
を除く全周面部分（つまりシールリング６の外周面及び
前端面）に接触する状態で該シールリング６に外嵌しう
る断面Ｌ字形状の円環状体である。而して、この保持リ
ング７は、シールリング６と同様に周方向における一箇
所７０が切離されたものであり、この例では、特に、最
小径内周面を第１被シール面１１に接触しうる第１補助
シール面７１となすと共に後端面を第２被シール面１２
に接触しうる第２補助シール面７２となしている。すな
わち、保持リング７は、その切離箇所７０がシールリン
グ６の切離箇所６０と周方向において齟齬する状態（図
２参照）で、且つ最小径内周面である第１補助シール面
７１及び後端面である第２補助シール面７２がシールリ
ング６の第１及び第２シール面６１，６２と同様に第１
及び第２被シール面１１，１２に接触する状態（図１参
照）で、シールリング６に密に外嵌されている。なお、
保持リング７は、切離箇所７０を閉じた場合（切離端面
同士を衝合させた場合）において、第１補助シール面７
１が第１被シール面１１にその全周に亘って密接しうる
形状に成形されている。

【００２８】緊縛部材８は、図１及び図２に示す如く、
保持リング７の外周面に形成した環状凹部７３に係合さ
れた環状のガータスプリングである。この緊縛部材たる
ガータスプリング８は、保持リング７を縮径方向に押圧
しつつリング状に緊縛するものであり、保持リング７の
切離箇所７０が開かないように、つまり切離端面同士が
密着衝合する状態に附勢保持するものである。このよう
に保持リング７がガータスプリング８により緊縛される
結果、シールリング６も保持リング７を介して縮径方向
に緊縛されることになり、切離箇所６０が閉じた状態に
附勢保持されることになる。

【００２９】ところで、シールリング６及び保持リング
７の構成材としては、使用条件に応じたものを任意に選
定することができる。例えば、高温条件下で使用される
場合には耐熱性に富むものが、また被密封流体が腐食性
流体である場合には耐食性に優れたものが選定される。
但し、リング６，７が切離箇所のない完全な円環状体で
ある場合にも被密封流体領域Ｆの圧力変動や回転軸２の
回転に伴う振動等により容易に変形するようなゴム等の
エラストマ材や軟質プラスチック等の可撓性材は除外さ
れる。また、この例における如く、リング６，７が周方
向における一箇所６０，７０のみを切離したものである
場合には、ガータスプリング８による緊縛効果が得られ
る程度の弾性（エネルギ弾性）を有するもの（例えば、
カーボン，エンジニアリングプラスチック等）を選定し
ておく必要がある。この例では、被シール面１１，１２
との摺動性等を考慮して、リング６，７をカーボンで構
成してある。

【００３０】第１スプリング部材９₁ は、図１に示す如
く、第１静止密封環５₁ の円筒状部５３₁ の回りに所定
間隔を隔てて配置した複数のコイルスプリング９１…
（一のみ図示）を第１静止密封環５₁ の背面部５２₁ と
保持リング７との間に介挿してなり、第１静止密封環５
₁ を回転密封環３へと押圧附勢させると共に、円筒状部
５３₁ に遊嵌させた金属環状板たるスプリング受け９２
を介して保持リング７及びシールリング６を第１環状壁
４１₁ へと押圧附勢させるものである。すなわち、シー
ルリング６の第１シール面６１は、第１スプリング部材
９₁ により、保持リング７を介して第１被シール面１２
に押圧接触されている。このように、静止密封環５₁ の
附勢手段としてのスプリング部材９₁ を二次シール機構
１０₁ のシール力付与手段として兼用していることか
ら、二次シール機構１０₁ の構成を可及的に簡素化する
ことができる。

【００３１】第２二次シール機構１０₂ は、第１二次シ
ール機構１０₁ と同一構造のものを前後方向に逆向きに
設置してなるものであるから、図１において第１二次シ
ール機構１０₁ の構成部材と同一の構成部材について同
一符号を付すことによって、その構成についての説明は
省略する。

【００３２】以上のように構成された各非接触形メカニ
カルシール１₁ ，１₂ にあって、シールケース４と各静
止密封環５₁ ，５₂ との間の二次シールは、各二次シー
ル機構１０₁ ，１０₂ により次のように行なわれる。

【００３３】すなわち、シールリング６及び保持リング
７は、一箇所６０，７０を切離されたフレキシブルなも
のであり、ガータスプリング８により切離箇所６０，７
０が閉じるリング状に緊縛されているものであるから、
シールリング６の第１シール面６１及び保持リング７の
第１補助シール面７１は、軸線方向における相対運動を
可能としつつ、第１被シール面１１にその全周に亘って
密接されることになり、リング６，７と静止密封環
５₁ ，５₂ の円筒状部５３₁ ，５３₂ との間を良好にシ
ールする。また、シールリング６の第２シール面６２及
び保持リング７の第２補助シール面７２は、スプリング
部材９₁ ，９₂ により、静止密封環４の軸線方向変位に
追従しつつシールケーシング４側の第２被シール面１２
に密接されることになり、静止密封環４とシールケーシ
ング４の環状壁４₁ ，４₂ との間をリング６，７により
良好にシール（二次シール）する。

【００３４】ところで、シールリング６は、保持リング
７に比して、断面積が小さく、径方向及び軸線方向の変
形性（馴染み性）が高い。このため、保持リング７に作
用するガータスプリング８及びスプリング部材９₁ ，９
₂ によるバネ力が不均一であるときにも、かかるバネ力
が均等に作用することになり、被シール面１１，１２に
均一且つ適正に押圧接触されることになる。したがっ
て、被シール面１１，１２間は、実質的には、第１及び
第２シール面６１，６２の接触によって適正にシールさ
れることになる。このとき、第１及び第２補助シール面
７１，７２は、補助的なシール機能を発揮するにすぎ
ず、保持リング７のシールリング６への嵌合密着面と共
に、シールリング６の切離箇所６０が開いた場合におけ
る当該切離箇所６０と被シール面１１，１２との間に形
成される流体漏れ通路を遮断する機能を発揮するもので
ある。

【００３５】また、各リング６，７は一箇所６０，７０
を切離されたフレキシブルなものであるが故に、静止密
封環４の変位に良好に追従でき且つ機器の振動，圧力変
動等に良好に対処できる反面、瞬間的に切離箇所６０，
７０が開いて流体漏れ（ガス漏れ）を生じる虞れがあ
る。しかし、両リング６，７の切離箇所６０，７０は周
方向に齟齬しているから、両リング６，７の嵌合部分が
ガータスプリング８による緊縛作用及びスプリング部材
９₁ ，９₂ による環状壁４１₁ ，４１₂ への押圧作用に
より密接されていることとも相俟って、切離箇所６０，
７０が開いたときにも、両リング６，７を貫通する一連
の流体通路が形成されることがなく、上記した流体漏れ
が生じる虞れはない。すなわち、シール流体又は被密封
流体は、保持リング７の切離箇所７０から両リング６，
７の嵌合部分を経てシールリング６の切離箇所６０へと
侵入しようとしても、かかる迂回経路を辿る間に降圧さ
れることになるため、リング６，７の切離箇所６０，７
０を通過して漏出する虞れはない。

【００３６】そして、二次シール機構１０₁ ，１０
₂ は、その構成上、各構成部材の材質をシール条件に応
じて選定しておく（例えば、高温条件下においては耐熱
性材を選定しておき、被密封流体が腐食性流体である条
件下においては耐食性材を選定しておく）ことができる
から、冒頭で述べた如くＯリングを使用できないような
条件下やＯリングを使用することがシール機能を低下さ
せるような条件下においても、好適に使用することがで
き、良好な二次シール機能を発揮させることができる。

【００３７】なお、本発明は上記した実施の形態に限定
されるものではなく、本発明の基本原理を逸脱しない範
囲において適宜に改良，変更することができ、例えば、
次のように構成しておくことができる。

【００３８】すなわち、各二次シール機構１０₁ ，１０
₂ における各リング６，７の形状は、保持リング７が第
１及び第２シール面６１，６２を除く全周面部分に接触
した状態でシールリング６に密接外嵌すること、及び円
柱面状の第１被シール面１１と平面状の第２被シール面
１２とに接触して両被シール面１１，１２間をシールで
きるものであることを条件として、任意に設定すること
ができる。例えば、図３に示す第１二次シール機構１０
₁ では、シールリング６を断面三角形状のものとすると
共に、保持リング７を断面台形状のものとしてある。こ
のような形状とした場合にも、被シール面１１，１２間
のシール機能は上記した例と同様に発揮される。この場
合、ガータスプリング８による保持リング７の緊縛力
が、シールリング６の静止密封環４方向への押圧力（両
リング６，７の嵌合面に作用する径方向力（緊縛力）の
軸線方向分力）としても作用することになる。

【００３９】また、各二次シール機構１０₁ ，１０₂ に
おけるシールリング６は、軸線方向に密着状に並列する
複数のシールリング部分に分割してもよい。例えば、図
４及び図５に示す第１二次シール機構１０₁ では、シー
ルリング６を、形状，材質を同一とする断面矩形の円環
状体である第１及び第２シールリング部分６ａ，６ｂで
構成してある。各シールリング部分６ａ，６ｂ及び保持
リング７は、図５に示す如く、一箇所６０ａ，６０ｂ，
７０を切離されたフレキシブルなものであり、ガータス
プリング８により切離箇所６０ａ，６０ｂ，７０が閉じ
るリング状に緊縛されている。第１シールリング６ａの
後端面は第２被シール面１２に接触する第２シール面６
２に構成されている。両シールリング６ａ，６ｂの軸線
方向における対向端面つまり第１シールリング６ａの前
端面と第２シールリング６ｂの後端面とは、軸線方向に
直交する平滑な環状平面であって、相互に全面的に密に
接触しうる第３シール面６３ａ，６３ｂに構成されてい
る。さらに、完全リング形態とされた各シールリング６
ａ，６ｂの内周面は、平滑な円柱面であって、前記円筒
状部５３₁ の外周面である第１被シール面１１にその全
周に亘って密に接触しうる第１シール面６１ａ，６１ｂ
に構成されている。このように、シールリング６を複数
のシールリング部分６ａ，６ｂで構成しておくと、二次
シール機構における流体漏れ通路が更に複雑化する等に
より、より苛酷な圧力条件下でも良好なシール機能を発
揮させることができる。

【００４０】また、上記したシールリング６又はシール
リング部分６ａ，６ｂ及び保持リング７における切離箇
所６０，７０の数は任意であり、例えば、図６又は図７
に示す如く、シールリング６又はシールリング部分６
ａ，６ｂ及び保持リング７を二箇所以上に亘って切離さ
せて、複数の円弧状セグメントに分割するように構成す
ることができる。シールリング６又は各シールリング部
分６ａ，６ｂの切離箇所数と保持リング７の切離箇所数
とは同一であってもなくとも、何れでもよいが、それら
の切離箇所６０…，６０ａ…，６０ｂ…，７０…は周方
向において相互に齟齬するようにしておく必要がある。
例えば、図８又は図９に示す如く、シールリング６又は
シールリング部分６ａ，６ｂを一箇所６０，６０ａ，６
０ｂで切離すると共に、保持リング７を二箇所７０，７
０で切離して、それらの切離箇所６０，７０，７０（図
８）又は６０ａ，６０ｂ，７０，７０（図９）を周方向
において相互に齟齬するようにしておく。

【００４１】また、シールリング６若しくは各シールリ
ング部分６ａ，６ｂ又は保持リング７における各対向切
離端面は、互いに密に係合する凹凸面に形成しておくこ
とができ、そのようにしておくことにより流体漏れ経路
を更に長大化，複雑化させ得て流体漏れをより効果的に
阻止することができる。例えば、図４及び図７に示す第
１二次シール機構１０₁ において、各シールリング部分
６ａ，６ｂ及び保持リング７をいわゆる自然割りにより
複数の円弧状セグメントに切離（分割）する。すなわ
ち、各シールリング部分６ａ，６ｂ及び保持リング７
を、一般的な切断加工法によるのではなく、つまり各切
離箇所６０ａ，６０ｂ，７０における切離端面が平滑な
平面となるように切断工具（切断刃，ガスレーザ等）を
使用して切離する（或いは、各円弧状セグメントを切削
加工により得る）のではなく、プレス機等により単に剪
断力を作用させることにより、複数の円弧状セグメント
に切離（分割）するのである。このようにして得られた
各切離箇所６０ａ，６０ｂ，７０における対向切離端面
６０´ａ，６０´ａ、６０´ｂ，６０´ｂ又は７０´，
７０´は、一般的な切断加工や切削加工により得たもの
と異なって、図１０に示す如く、微細な凹凸を有するも
のであって、円弧状セグメントを完全リング形態に衝合
させた場合において互いに密に係合（衝合）する凹凸面
となっている。かかる自然割りを行なうに際しては、予
め、所望する被切離箇所に僅かな切線（傷）をつけてお
く等により、リング６，７又はシールリング部分６ａ，
６ｂが所望する箇所で正確に且つ欠損部が生じたりしな
いように適正に切離されるように工夫しておくことが好
ましい。

【００４２】また、各リング６，７又は各シールリング
部分６ａ，６ｂの構成材は、前述した如くシール条件に
応じて選定されるが、それらが複数の円弧状セグメント
に分割されている場合には、一箇所が切離されている場
合のような制限（構成材としてエネルギ弾性材を使用す
る）はなく、シール条件に応じたものを任意に選定する
ことができる。但し、各リング６，７又は各シールリン
グ部分６ａ，６ｂを上記した如く自然割りにより複数の
円弧状セグメントに分割しておく場合には、かかる自然
割りを容易に行いうる性質の材料を使用する必要がある
（靱性に富む材料は除外される）。したがって、各リン
グ６，７又は各シールリング部分６ａ，６ｂの構成材と
しては、一箇所を切離する場合や自然割りにより切離端
面を凹凸面に形成しておく場合も含めて、一般的には、
被シール面１１，１２との摺動性等をも考慮して、カー
ボンを使用するのが最適である。

【００４３】また、保持リング７における被シール面１
１，１２との対向面７１，７２は、前述した如く、シー
ルリング６への嵌合密着面と相俟ってシールリング６又
はシールリング部分６ａ，６ｂの切離箇所６０，６０
ａ，６０ｂからの流体漏れを阻止すべく機能するもので
あればよく、第１及び第２シール面のようなシール機能
を発揮するものとしておく必要はないが、第１及び第２
シール面と共にシール作用を行なうべく被シール面１
１，１２に接触するように構成しておくことも可能であ
る。

【００４４】また、緊縛部材８としてはガータスプリン
グが好適するが、これに限定されるものではない。勿
論、ガータスプリング等の緊縛部材８で緊縛する箇所
は、保持リング７の軸線方向における一箇所であっても
複数箇所（複数本のガータスプリング等を使用する）で
あっても何れでもよいが、シールリング６を切離箇所６
０が閉じた適正なリング形状に保持できることを条件と
して設定しておくことが望ましい。

【００４５】ところで、第２二次シール機構１０₂ は、
窒素ガス等の不活性なシール流体を封入したシール流体
領域Ｓと大気領域Ａとの間をシールするものであり、被
密封流体の圧力，温度，性状による影響を直接に受けな
いものであるから、一般的には、冒頭に述べた如き問題
は生じない。したがって、第２二次シール機構１０
₂は、図１１に示す如く、第２静止密封環５₂ の円筒状
部５３₂ とこれが嵌入する第２環状壁４１₂ の内周部と
の間にＯリング１０を充填した構成としてもよい。但
し、シール流体領域Ｓが圧力変動する場合（例えば、シ
ール流体領域Ｓの圧力を被密封流体領域Ｆの圧力変動に
応じて制御させる必要のある場合）や被密封流体圧力が
高いためシール流体領域Ｓを高圧に保持させておく必要
がある場合等には、シール流体の圧力条件次第で冒頭に
述べた如き問題を生じる虞れがあるから、第２二次シー
ル機構１０₂ を第１二次シール機構１０₁ と同様構造と
しておくことが好ましい。すなわち、第２二次シール機
構１０₂ については、第１二次シール機構１０₁ と同様
の構成となしても、Ｏリング１０を使用した構成として
も、何れでもよく、その選択はシール条件に応じて行な
えばよい。

【００４６】また、本発明は、両メカニカルシール
１₁ ，１₂ として非接触形メカニカルシールを使用した
ダブルシール形又はタンデム形の軸封装置、両メカニカ
ルシール１₁ ，１₂ の何れか一方又は両方を接触形メカ
ニカルシール（回転密封環と静止密封環とを相対回転摺
接させるようにしたもの）に構成したダブルシール形又
はタンデム形の軸封装置や両メカニカルシール１₁ ，１
₂ の回転密封環３を各別に設けた軸封装置等、種々の形
式の軸封装置に適用することができる。

【００４７】

【発明の効果】以上の説明から容易に理解されるよう
に、本発明によれば、二次シール機構の構成部材（特
に、二次シール機能に直接関与するシールリング又はシ
ールリング部分及び保持リング）をシール条件に応じた
材質のもので構成することができるから、シール条件に
拘わらず安定した二次シール機能を発揮し得て、如何な
るシール条件（特に、被密封流体の性状，温度，圧力
等）下においても良好なシール機能を発揮しうる軸封装
置を提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係る軸封装置の一例を示す半截の縦断
側面図である。

【図２】図１のII−II線に沿う縦断正面図である。

【図３】二次シール機構の変形例を示す要部の縦断側面
図である。

【図４】二次シール機構の他の変形例を示す要部の縦断
側面図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う縦断正面図である。

【図６】図１に示す二次シール機構の変形例を示す縦断
正面図（断面は図１のII−II線に沿う）である。

【図７】図４に示す二次シール機構の変形例を示す縦断
正面図（断面は図１のＶ−Ｖ線に沿う）である。

【図８】図１に示す二次シール機構の変形例を示す縦断
正面図（断面は図１のII−II線に沿う）である。

【図９】図４に示す二次シール機構の変形例を示す縦断
正面図（断面は図１のＶ−Ｖ線に沿う）である。

【図１０】図７の要部を拡大して示す詳細図である。

【図１１】本発明に係る軸封装置の変形例を示す図１相
当の縦断側面図である。

【図１２】従来装置を示す図１相当の縦断側面図であ
る。

【符号の説明】

１₁ …第１非接触形メカニカルシール（第１メカニカル
シール）、１₂ …第２非接触形メカニカルシール（第２
メカニカルシール）、２…回転軸、３…回転密封環、４
…シールケーシング、５₁ …第１静止密封環、５₂ …第
２静止密封環、６…シールリング、６ａ…第１シールリ
ング部分、６ｂ…第２シールリング部分、７…保持リン
グ、８…ガータスプリング（緊縛部材）、９₁ …第１ス
プリング部材、９₂ …第２スプリング部材、１０…Ｏリ
ング（第２二次シール機構）、１０₁ …第１二次シール
機構、１０₂ …第２二次シール機構、１１…第１被シー
ル面、１２…第２シール面、４１₁ …第１環状壁、４１
₂ …第２環状壁、５２₁ ，５２₂ …静止密封環の背面
部、５３₁ ，５３₂ …円筒状部、６０，６０ａ，６０
ｂ，７０…切離箇所、６０´ａ，６０´ｂ，７０´…切
離端面（凹凸面）、６１，６１ａ，６１ｂ…第１シール
面、６２…第２シール面、６３ａ，６３ｂ…第３シール
面、９１…コイルスプリング、９２…スプリング受け、
Ａ…大気領域、Ｆ…被密封流体領域、Ｓ…シール流体領
域。

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁶，ＤＢ名) F16J 15/34 - 15/38

Claims (2)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 シールケーシングを洞貫する回転軸に固
   定された回転密封環、シールケーシングに回転密封環に
   対向した状態で軸線方向移動可能に保持された静止密封
   環、静止密封環とシールケーシングとの間を二次シール
   する二次シール機構及び静止密封環を回転密封環へと押
   圧附勢するスプリング部材を具備する２組のメカニカル
   シールであって、回転軸の軸線方向に並列配置された第
   １及び第２メカニカルシールにより、両メカニカルシー
   ル間に形成されたシールケーシング内のシール流体領域
   を介して、被密封流体領域と大気領域とをシールするよ
   うに構成された軸封装置において、 少なくとも被密封流体領域側の第１メカニカルシールに
   おける二次シール機構が、 静止密封環の背面部に突設された円筒状部の外周面であ
   って、静止密封環と同心状の円柱面をなす第１被シール
   面と、 シールケーシングに形成されており、第１被シール面に
   直交する同心状の環状平面をなす第２被シール面と、 前記円筒状部に嵌挿されており、内周面を第１被シール
   面にその全周に亘って接触しうる第１シール面に形成す
   ると共に一側端面を第２被シール面に接触しうる平面状
   の第２シール面に形成した円環状体であって、その周方
   向における少なくとも一箇所を切離してなり、その対向
   切離端面が互いに密に係合する微細な凹凸面に形成され
   ているシールリングと、 シールリングをその第１及び第２シール面を除く全周面
   部分に接触した状態で外嵌状に抱持する円環状体であっ
   て、その周方向における少なくとも一箇所であってシー
   ルリングの切離箇所と周方向において齟齬する箇所を切
   離してなり、その対向切離端面が互いに密に係合する微
   細な凹凸面に形成されている保持リングと、 保持リングをリング状に緊縛しており、保持リング及び
   これに内嵌されたシールリングをそれらの切離箇所が衝
   合する状態に附勢保持する緊縛部材と、 を具備して、前記スプリング部材を静止密封環の背面部
   と保持リングとの間に配置することにより、静止密封環
   を回転密封環へと押圧附勢させると共に保持リングを介
   して第２シール面を第２被シール面へと押圧附勢させる
   ように構成されていることを特徴とする軸封装置。
2. 【請求項２】 シールリングが、軸線方向に密着状に並
   列する複数のシールリング部分に分割されており、各シ
   ールリング部分は、その周方向における少なくとも一箇
   所であって当該シールリング部分に隣接するシールリン
   グ部分及び保持リングの各切離箇所と周方向において齟
   齬する箇所を切離してなり、その対向切離端面が互いに
   密に係合する微細な凹凸面に形成されている円環状体で
   あることを特徴とする、請求項１に記載する軸封装置。